DE2112683A1

DE2112683A1 - Schaltungsanordnung mit einem Halbleiterbauelement aus Gunn-Effekt-Material

Info

Publication number: DE2112683A1
Application number: DE19712112683
Authority: DE
Inventors: Thim Hartwig Dipl-Ing Dr R Nat
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1971-03-16
Filing date: 1971-03-16
Publication date: 1972-09-28
Also published as: DE2112683B2; GB1359586A; DE2112683C3

Description

Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung 2112683

der angewandten Forschung e.V., Sitz München 8 München 19, Romanstr. 13

Schaltungsanordnung mit einem Halbleiterbauelement aus Gunn-Effekt-Material

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung mit einem Halbleiterbauelement aus Gunn-Effekt-Material mit zwei ohmschen Kontakten, denen eine Vorspannung über eine Impedanz zugeführt ist. Diese Anordnung, die zwei stabile Zustände aufweist, kann für logische Schaltoperationen und als Speicher verwendet werden.

Es ist bekannt, daß mit Gunn Oszillatoren logische Schaltoperationen analog wie mit Tunnel-Dioden durchgeführt werden können. Beide Halbleiterelemente zeigen einen fallenden Bereich in der Strom-Spannungskennlinie oberhalb einer Schwellspannung. Wird an ein solches Element über einen Widerstand eine Spannung angelegt, dann ergeben sich It. Fig. 1 zwei Arbeitspunkte (A,B), zwischen denen mit Hilfe von Schaltimpulsen geschaltet werden kann. Beide Elemente weisen wesentliche Nachteile auf, weshalb sie sich in der Praxis noch nicht durchsetzen konnten: die Tunneldiode weist zwischen den ι beiden stabilen Arbeitspunkten einen Bereich negativen differentiellen Widerstandes auf, der bei allen Frequenzen zwischen 0 und etwa 100 GHz auftritt. Der Schaltkreis, in dem die Tunnel- " diode eingebaut ist, muß in diesem Frequenzbereich stabilisierend wirken, das heißt, die Impedanz des Außenkreises darf bei keiner Frequenz die Impedanz der Tunneldiode kompensieren, da sie sonst selbsterregt schwingen würde. Es hat sich in der Piais gezeigt, daß Tunneldioden schwer zu stabilisieren sind, weil der Frequenzbereich zu groß ist.

Da der Gunnoszillator bei der Laufzeitfrequenz schwingt, müssen spezielle Vorkehrungen getroffen werden, die Schwingung auszufij-tern, was die logische Schaltungsanordnung wesentlich kornplisiert. 209840/0897

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Gunn Oszillation zu unterdrücken, um ein Schalten zwischen den Arbeitspunkten A und B ohne Oszillation, also zwischen zwei stabilen Punkten zu erreichen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Halbleiterbauelement in an sich bekannter Weise überkritisch dotiert ist und zwar derart, daß die Dotierung η größer als ein kritischer Wert ist gemäß der Formel

Z ^JCf -1

> ⁶ ^V ( Γ0 c

für GaAs)

(v = Elektronengeschwindigkeit, £ = Dielektrizitätskonstante, q = Elektronenladung, - /U = negative differentielle Beweglichkeit, D = Diffusionskonstante)

und daß die DotierungsSchwankungen unter einem kritischen Wert ^Q$> für GaAs) liegen, so daß an der Anode eine stationäre Akkumulationszone auftritt. Das Halbleiterbauelement schwingt dann nicht mehr als Gunn-Oszillator, sondern kann als stabiles Schaltelement verwendet werden. Die obige Formel ist abgeleitet aus der Bedingung, daß sich die Akkumulati ons zone schneller umlädt als sie in die Anode hineinwandert.

Es kann manchmal schwierig sein, die DotierungsSchwankungen an der Kathode niedrig zu halten. Hier hilft ein seitlich angebrachter dielektrischer Belag, um die Erzeugung einer Gunn-Domäne zu verhindern. Eine Querschnittsverbreiterung oder Dotierungs erhöhung an der Kathode hat den selben Effekt.

Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht darin, daß das Schalten von A(B) nach B(A) in Picosekunden geschieht, also etwa eine Million mal schneller als im Magnetspeicher und etwa 1000 mal schneller als in Transistorschaltungen.

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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung (Fig. 2) dargestellt. Ein Halbleiterbauelement 1 aus Grunn-Effekt-Material mit einem ohmschen Anodenkontakt 2, einem ohmschen Kathodenkontakt 3 und einer Quer sennit tsver brei terung 4 ist über die Impedanz 5 an eine Batterie 6 mit der Spannung V-n angeschaltet. Die Elennlinie zeigt, wie über die Impedanz (gerade Schnittlinie) mit Schal timpuls en 7 (8) geschaltet wird.

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Claims

Patentansprüche

Schaltungsanordnung mit einem Halbleiterbauelement aus Gunn-Effekt-Material mit zwei ohmsehen Kontakten 2 und 3, denen eine Vorspannung β über einen lastwiderstand zugeführt ist,

dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiterbauelement(1) in an sich bekannter Weise überkritisch dotiert ist und zwar derart, daß die Dotierung größer als ein kritischer Wert ist gemäß der Formel

J V^X i* -j

(** S'-Z^ch. für GaAs)

ο VL /,/)

und daß die Botie rungs Schwankungen unter einem kritischen Wert liegen, so daß an der Anode eine stationäre Akkumulationszone auftritt.
2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 dadurc-hgekennzeichnet, daß an einer der vier Seitenflächen (9) der Kathode eine Dielektrikumbeschichtung angebracht ist.
3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 . dadurch gekennzeichnet, daß es an der Kathode erhöht dotiert ist.
4. Halblei terbauelement nach Anspruch 1 dadurchge ken n zeichnet,

daß sein Querschnitt an der Kathode verbreitert ist.

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